采场顶板活动规律

矿山压力与岩层控制第三章采场顶板活动规律目录第一节几个概念第二节有关采场上覆岩层“大结构”的假说第三节直接顶的垮落第四节老顶的断裂形式第五节老顶的初次断裂步距第六节老顶断裂后的“砌体梁”结构及其稳定第七节老顶断裂时在岩体内引起的扰动第一节几个概念回采工作面（采场）顶板底板采空区在煤层或矿床的开采过程中，直接进行采煤或采有用矿物的工作空间直接顶伪顶老顶直接位于煤层上方的一层或几层性质相近的岩层。随回柱放顶而垮落，页岩、砂页岩等位于煤层和直接顶之间，厚度小于0.3～0.5m，随采随冒。炭质页岩、泥质页岩等。位于直接顶之上，对采场矿山压力直接造成影响的厚而坚硬的岩层。砂岩、石灰岩及砂砾岩等。序号岩性层厚/m容重/kg·m-3抗压强度/MPa1砂质泥岩32760182泥岩22760183粗砂岩162670504泥岩52260205炭质泥岩0.718501566#煤41400107砂质泥岩10276021采空区处理方法:(a)刀柱(留煤柱);(b)顶板缓慢下沉法;(c)充填法;(d)全部垮落法

根据实测，回采工作面支架所承受的力仅为上覆岩层重量的百分之几。这是因为上覆岩层形成了“大结构”，这种大结构能够承担上覆岩层重量，从而起到对回采工作面的保护作用。全部垮落法回采工作空间的变化第二节有关采场上覆岩层“大结构”的假说在前后拱脚间形成了一个减压区，回采工作面的支架只承受压力拱内岩石的重量。一、压力拱假说该假说认为，由于岩层自然平衡的结果而形成一个前拱脚（支撑点）在工作面前方煤体，后拱脚（支撑点）在采空区内已垮落的矸石上或采空区充填体上。前拱角后拱角

此假说认为，工作面和采空区顶板可视为一端固定于煤壁前方岩体内，另一端处于悬伸状态的梁，悬臂梁弯曲下沉后，受到已垮落岩石的支撑，当悬伸长度很大时，发生有规律的周期性折断，从而引起周期来压。二、悬臂梁假说

该假说认为，工作面支架存在两种工作状态：给定载荷状态；给定变形状态。三、铰接岩块假说

此假说认为，采场上覆岩层分为垮落带和裂隙带，二者的差别在于，裂隙带岩块间存在有规律的水平挤压力的联系，从而相互铰合而形成一条多环节的铰链。此假师说认示为，伙在采溜场周板围存予在应婶力降株低区阻，应轨力增丘高区花和采军动影邀响区婆，并愈随工笼作面尼推进黎而向蓄前移能动。脱采动才岩体哄形成建各种鹅裂隙秆，从滚而形床成假乐塑性羽梁。四、预成闻裂隙劳假说“砌体棒梁”龄结构喊是基互于采黑动岩砖体移法动的枪如下片特征竖而提辈出的勾：五、槽砌体挖梁力给学模场型采动施上覆抱岩层车的岩配体结找构的骨架是覆伯岩中东的坚硬尤岩层；可将每上覆输岩层贤划分余为若盘干组校，每酷组以坚俭硬岩巴层为判底层；其上括部的软弱夹岩层可视责为直州接作融用于萄骨架呈上的载荷，同道时也惧是更垃上层透坚硬舌岩层摆与下酿部骨明架联结途的垫此层。随着泄工作侧面的取推进揪，采淡空区它上方煤坚硬疼岩层息在裂蜘缝带侧内将麦断裂造成排尤列整私齐的孔岩块抖，岩可块间参将受水平踪蝶推力作用后而形成宰铰接击关系。岩层闭移动非曲线乐的形汉态经插实测炸呈开波始为见下凹寇、而窜后随届工作裂面的绿推进稍逐渐购恢复扇水平宁状态跌的过渡程，稿由此练决定注了断裂罢岩块宇间铰绑接点有的位畜置。若曲饥线下狱凹，眼则铰谜接点邪位置喉在岩业块断哗裂面俘的偏裳下部芦；反土之，听则在透偏上孙部。如果扩在回唤采空面间以略及邻辉近的默采空骆区上棕方出劝现明谎显的梢离层秧区，挤说明师该区扇内断优裂的盐岩块期可以州形成祥悬露废结构奴。由于非垫层源传递夕剪切蝇力的鼠能力约较弱查，因撇而两买层骨唇架间蚁的联菊结能释用可房诚缩性士支杆躺代替昏。当骨贩架层先的断聪裂岩朋块回膝转恢毕复到以近水栗平位健置时崖，岩差块间丹的剪运切力柏趋近烂于零舅，此阀时的号铰接佣关系督可转奥化为怀水平昂连杆螺联结离关系捕。最上位层为孩表土妻冲积热层，壮可将介其视变为均爬布载戏荷作蛙用于客岩体蜻结构纤上，躲而骨犬架层铃各岩撑块上铺的载盆荷将貌随垫委层的份压实捉程度蛛而变鸭化。第三文节蛛直接由顶的依垮落2、直佳接顶港初次洲垮落掠距1、直菊接顶那初次麻垮落3、直险接顶闻垮落峡后的兵碎胀裙特性形成狡充满泼采空呈区所讽需直圣接顶零厚度万为：直接刷顶的年垮落姑高度甚超过1～1.凳5m，范市围超界过全邮工作仗面长集度的仆一半据。直接宵顶的钩第一秀次大奖面积响垮落老顶跟的最冲大挠晶度为慌：直接统顶的叛最大麦挠度裹为：不形晴成离员层的榆条件烛为：若令q1=γh3，且h3＝α·h1则上霞式可川改写甘为：4、直暗接顶彻初次蛛垮落罚前的戏离层若考饶虑到比初次磁放顶质前支何架支内撑力偿的作拆用，两则不疑致于旱形成亿离层假的条进件为档：P—铺—支架球单位缎面积稼初撑肚力。粗略恶地讲巩，当剃直接百顶厚弃度小福于或逗等于眼老顶运厚度楼时，坟均易贱于形耗成直救接顶真与老统顶间钻离层侄。为赚了防傅止直赵接顶林因离恰层产渠生推僚垮事紫故必朋须保努证支宴架具硬有一剂定的晋初撑毒力：直接纯顶和启老顶必间发兼生离淹层图2-树6利用势红外迷钻孔客探测油仪观霉测到界的顶邪板离要层裂涝隙切眼拘钻孔卸位置图

红外钻孔摄像机一、批老顶岸岩层程的梁昌式平恢衡概念:1．初仆次垮揪落距2．膨逆胀系右数KP、残恳余膨钓胀系首数K'P老顶态初次来垮落恐前岩货体结乳构图第四天节条老纲顶的胶断裂贞形式Δ＝Σh＋M－Kp·Σh＝M－Σh(Kp－1)当Δ＝0时，老顶凭弯曲仗下沉看较小因此哄形成蜓充满因采空肯区所是需直尼接顶鱼厚度摧为：当Δ>0时，老顶棉呈悬清露状肆态，器类似驰板状攻结构吹。即耗所谓江“梁汗”的郊假说酬。分析绸这种位梁的还应力诸状态老顶屯岩梁拥受力限分析对称钉梁，管所以注：R1＝R2，弯读矩M1＝M2。取ΣFy＝0，则任意秧截面D－D'，剪巧力为绒：所以:固定味梁任纸意截愿面D－D'的弯斧矩为抽：在梁管的两臂端(x＝0；Ｌ)，Mma易x＝抬；在梁吸的中转部(x＝)，M＝qL2。若为矛简支床梁：此时连，剪色力相膝同，烛但弯弟矩不蹦同。哑即：此时抚，Mma猫x在梁然的中挂间，投即：二、谜老顶泄岩层枕作为话板结讯构时混弯矩格分布骑与破迟断形咱式根据袄开采拦条件妙及采舍区边葛界煤夫柱的纵大小吴，可娘将老歌顶岩态层假录设为仗：a)四周晨固支暂；b)三边敢固支菠一边嘉简支吴；c)两边垂固支屋两边中简支迁；d)一边稿固支料及三旺边简窑支。图3–玩5老顶献岩层沾支撑爪条件欺的简蜡化图3–班6各类经支撑顽条件姻下的冷弯矩职分布（1）以框四边桥固支肾的板在为例客，老歉顶岩缠层X形破内坏简形成胆过程静：（2）当局采场驴处于档一边册采空浸的条组件下(该边派作为炎简支愤条件)，其耗破断拐规律纺与四吗周固映支时瞧相近眠。（3）当糖老顶抢岩层概处于诵两边鞭简支驼两边说固支帽时如艳下：长边扯出现凶裂缝兄→斧工忧作面晴推进他→欺长梅边另炕出现佣裂缝(原裂灰缝闭卵合)斗→短边径出现羊裂缝泻→协裂倚缝贯衰通，娘板中俊央出型现X形破枣坏。（4）当圣工作匙面处秘于三考边采址空时豆，老续顶岩潮层的电破断度过程昂与上饱述情呀况相仿仿。老顶故板横“O-革X”型破殃断形详式第五早节最老顶免的初钟次断坊裂步驻距两端锤固支活梁极锐限跨若距：初次熄断裂帆步距老顶语达到辜初次晌断裂凳时的盲跨距情。按材腹料力盒学方裂法可张求得绩老顶攻梁式沉断裂肯步距鉴。一、烈梁式颂断裂渠时的陈极限级跨距两端券固支尺梁极壁限跨糕距：按抗朴拉强痕度按抗四剪强贴度两端讲简支紧梁极辽限跨置距：按抗葡拉强映度按抗农剪强懂度举例：设h＝4，Rs=御33每Mpa，RT=7贸Mpa，q=轧17写4K拌pa按抗犁拉：按抗族剪：固支议梁真破断深距为36破m破断阅距为10数05文m简支美梁格破断醉距为29毯m老顶化承受孕载荷q计算二、保老顶锄板断忘裂的子极限捕跨距老顶鱼初次洋破断址前板衰的边欲界支路撑条框件：（1）四呆周均怠为实方体煤汪固支负的板贺；（2）一粉边采拥空区课或断挽层简浓支、映三边鬼固支庆的板兵；（3）两拜邻边誓简支惰、两加邻边冰固支什的板见；（4）三字边简臂支、朱一边透固支叫，俗月称孤齿岛工乐作面械条件亲下的姨板。老顶卷板断纳裂步舱距与胶边界唯支撑曲条件液有关微。a＝lm·ωlm－老顶的步距准数ω－边－长系数对四争周固哈支板支撑篇条件柜对断未裂步困距影肆响λ＝a伞/津bb－工呆作面钳长度ω1≥ω2≥ω3≥ω4>√辞2打/纪3工作觉面长芹度对蔑断裂告步距健影响以四浮边固亩支为捉例（1）b>父3lm时，a≈lm。说堪明工芬作面初长度可对破帮断步白距影卫响甚依微。（2）3lm≥泉b>跑√2lm时，童则lm<a浴<√2lm。说惰明随与工作杜面长拐度缩兄短，追步距伟显著锈增大租。老顶球破断夹呈横胁“o－x”型。（3）b＝√2lm时，茄则a＝√2lm＝b。老顶愿呈正营“o－x”破断常，即赌“见联方垮堤落”板。（4）lm<b嘴<√便2lm时，法则a铲>√2lm>b。初陡次破毫断步蓝距大错于工扎作面捞长度泼，老熔顶呈怖竖“o－x”型破乏断。（5）b<lm时，老顶察稳定搬不垮扩落，悄即形弓成短泼壁开南采工宅作面冠或巷诊道的蒜情形宜。第六鼠节妈老袋顶断兄裂后宽的“砌体垄梁”结构辽及安其稳快定性臂分析一.老顶枪初次求断裂豪后的“砌体窄梁”平衡1、结盾构的躁滑落矛失稳若三爱铰拱睛式结筛构不层产生棕滑落场失稳饶，必渣须满际足：可见仗是否找产生缺滑落关失稳纠主要闭取决夸于老舒顶破收断岩呢块的性高长拣比。隶高长糠比越自小，等结构权抗滑滨落失砌稳的盛能力航越大拿。一般疫情况凳下，φ=3碑8°珠~4室5°托，tanφ=0地.8泰~1.0。因私此，壮要防测止老山顶初受次破斯断后杏“砌株体梁黑”结竖构产支生滑乞落失泥稳岩拦块的帖高长录比要边小于堂0.体4~哭0.衫5，贺即岩块颜长度码要大树于2车~2画.5蓄倍岩袭块厚描度。若考幼虑老虫顶断肯裂面销与垂绕直面姜成一董断裂消角θ，满足喘不滑若落失速稳的修条件怕为：染对于固图3-墙24蔽(a猾)，当θ≥φ时，抄不论颗水平责推力T有多惭大，估都不唯能取涉得平率衡。2、结因构的问变形岭失稳在岩寨块的毒回转吼过程末中，级由于腔挤压瞒处局凯部应搬力集洲中，交致使甲该处视进入蛇塑性举状态勿，甚偿至局给部受傲拉而剑使咬垒合处缝破坏踏造成努岩块惜回转挑进一偶步加柔剧，情从而续导致晶整个谦结构蚀失稳授。二.“砌体海梁”全结祖构模虾型的扶受力物分析此结睛构的态特征限为：离层饰区悬稻露岩瞎块的订重量纹几乎罗全由池前支尊承点颤承担娱；岩块B与C间剪指切力贞接近预于零滑，因途而此求处相继当于葱岩块崭咬合娱形成封半拱敬的拱阴顶；毯此结慎构的惧最大稳剪切须力发曾生在挣岩块A与B之间塌，等淋于岩恢块B本身趟的重卵量及覆其载万荷；甘此结变构中迈第一厘、二肾断裂科岩块墙即B与C对结耻构平缴衡起部关键纸作用贴，是需结构俭中的用关键氏块。形成腹“砌房诚体梁渣”结摊构必违须具管有的然水平摘力为脂：可见来，hi越厚归，si0越小栗，则弓形成急此结逃构所屑要求柿的Ti力也税越小喂。当si0=hi时，Ti→∞。这埋种结证构无帝法形丈成。荐因此题，上耳覆岩煎层中自，只引有具堂有一述定厚婚度的遵岩层(大于缠下沉腾量Si0）才律能形真成此锡结构宜。si0小的侵含义禽反映亿了以杰下几驳种情辟况：直接亲顶较聋厚；采空唤区采咽用充谢填法项处理犁；采高芒较小樱的煤糕层；离开妥煤层压距离犁较远参的岩走层。按滑滩落失碗稳条臭件，明得到啄岩块菜长度决与厚搁度的饶关系挂为：根据台对岩坊体结驰构分决析所必得的托结论碌，可羞对以搅下矿千山压盗力现中象做洒出解洁释：老顶你岩块允的滑玻落失卸稳是萌工作佛面顶垃板出情现台垮阶以乐及有险时地间表下床沉出载现台既阶的弟原因浊；煤壁侮上方肚老顶据剪切粒力最